潘庄地区煤层气U型水平井技术工艺研究

我国已在多个地区进行了20余口煤层气U型水平井施工,但总体尚处于勘探实验阶段。为了研究潘庄地区煤层气U型水平井施工技术工艺,以寺河井田西区煤层气U型水平井为例,分析了实验区地质条件的可行性,重点研究了钻井技术工艺并初步考察了产气效果。结果表明：潘庄地区3#煤层含气量大、构造及水文地质条件简单,煤层产状稳定且厚度较大,原生结构煤体发育,比较适合U型水平井的施工。煤层气U型水平井具有技术工艺复杂、增产效果明显的特点,先进的工具仪器和技术工艺为煤层气U型水平井施工成功提供了技术保障,其最高产气量达到22 000m^3/d,相当于5-6口普通高产垂直井的产气效果,可为煤矿区煤层气抽采利用提供关键技术支撑。     

煤层气U型井水平井固井技术研究

U型井是煤层气资源开采的一种新型模式,在水平井固井施工时易出现水泥浆冲刷洞穴,部分水泥浆进入洞穴直井,破坏直井,另外,斜井段顶替效率低,容易造成泥浆窜槽,影响固井质量.为了解决这一问题,提出了分流水泥浆套管串结构和采用低密度水泥浆+速凝早强水泥浆体系固井技术.该工艺技术不仅保证了水泥浆能顺利返至地面,也避免了水泥浆对直井洞穴的冲刷,确保固井质量,因而在类似煤层气U型井固井作业时具有良好的应用前景,可逐步推广.     

煤层气U型对接井施工关键技术探讨

煤层气地面排采先后经历了常规直井、常规定向井、U型井以及羽状分支井等阶段,其中U型井具有同步排采,占地少、最大限度沟通煤层裂隙等优点而逐渐成为当今煤层气地面排采的新宠。以YQ01井组为例,对U型对接井施工中难点问题进行梳理,提出了各主要施工阶段需要注意事项及技术措施,解决了井眼轨迹控制难、复杂情况高发、水平井与直井连通精度高等问题。节省了钻井成本,为后续煤层气U型对接井施工提供了技术借鉴。     

延川南区块深部煤层气U型分段压裂水平井地质适用性研究

深部煤层渗透性普遍较差,直井压裂开发单井产量低效果不甚理想,而U型水平井分段压裂开发煤层气技术已取得很好的效果。该项技术试验前必须进行适合该井型的地质评价。以鄂尔多斯盆地东缘延川南区块为例,首先分析影响水平井压裂产能的地质因素,主要为单井控制资源量、储层渗透性和煤层气解吸难易程度,其中单井控制资源量受含气量和煤层厚度影响,渗透性与煤层埋深、构造及煤体结构等有关,碎裂煤发育区渗透性相对好。而后假定吸附性能不变的前提下,利用数值模拟方法分别模拟了不同渗透率、含气量和煤层厚度条件下水平井压裂的产气情况,模拟结果表明水平井压裂后累计产气量与渗透率、含气量、煤层厚度正相关。最后在经济效益评价的基础上,查明适合水平井压裂的地质条件：渗透率>0.25×10^–3μm²,含气量>12.3m³/t,煤层厚度>2.9m。该地质适用性评价标准在现场得到广泛应用,并收到了良好的开发效益。     

煤层气多分支水平井技术探讨

煤层气多分支水平井是集钻井、完井及增产措施为一体的煤层改造技术,近年来在国内有较大发展。结合国内当前煤层气多分支水平井的发展状况,对其技术难点和关键技术进行讨论,并得出几点认识。     

沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井煤层气地球化学特征及成因

为了研究废弃矿井中煤层气成因,以沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井为例,抽采废弃矿井中煤层气并进行化学组分和同位素测试,并采集部分废弃矿井水样品测试水中离子浓度、pH值等进行研究。结果表明：潘庄区块废弃矿井中煤层气CH₄体积分数平均值为91.99%,CO₂为1.26%,N₂为6.73%;甲烷碳同位素（δ¹³C₁）值为-31.36‰~-33.53‰,平均-32.25‰,氢同位素（δD）值为-182.76‰~-193.20‰,平均-187.538‰。废弃矿井排采水中阴阳离子主要为Mg²⁺、K⁺、HCO₃^-、Cl^-、Na⁺、SO₄^2-和NO₃^-等,产出水型为Mg-（HCO₃）₂型,表明矿井水受到地表水的强烈影响。废弃矿井中煤层气主要以热成因气为主,少量次生生物气。与附近未开采煤储层相比,研究区废弃矿井中的环境更有利于次生生物气的生成。     

煤层气多分支水平井钻井技术在樊庄区块的应用

基于樊庄区块3号煤层的地质和力学特征,该区块适于采用多分支水平井钻井技术开发煤层气。分析了煤层气多分支水平井存在的安全钻进及储层保护、井眼轨道控制、井下复杂事故和新式钻井工具及仪器等技术难点。通过2口井现场实施情况表明,在煤层的水平段及分支段钻进过程中,宜采用近平衡钻井,钻井液以清水为主;尽量保持井眼轨迹沿煤层中上部靠近煤层顶板位置钻进,且实施快速钻进;减少煤储层在钻井液中的浸泡时间,以利于保持煤层井壁稳定,减少煤储层的伤害及煤层坍塌危险;水平及分支段中,减阻短节(AG-itator)的使用能降低井下摩阻,避免钻柱的螺旋屈曲;钻遇断层、破碎带时要提前完钻,防止井下复杂事故的出现。     

沿煤层顶板钻进煤层气U型井二次贯通技术探讨

U型井在煤层气资源开发中逐渐得到应用,但沿煤层顶板钻进的U型连通井在国内尚属首例。该在进行二次贯通时,由于套管下深距洞穴太远而形成过长水泥塞、固井候凝时间过长而水泥强度太大的原因造成了第一次二次贯通失败。针对这种情况,现场采取在洞穴直井处三级扩孔方法,最终实现了二次贯通,对在扩孔时技术措施进行了较为全面的介绍,并对以后施工提出了相应预防措施。     

延川南地区深部煤层气U型水平井压裂参数优化设计

鄂尔多斯盆地东缘煤层气田具有高储低渗的特点,为提高深部煤层气单井产量,基于区域构造特征、煤层厚度、含气量及水文地质特征,从优化U型水平井压裂参数的角度,对水平井及其压裂参数进行设计。通过数值模拟对影响水平井产量的水平段长度、压裂缝等主要因素进行研究。结果表明：不考虑摩阻情况下,煤层气产量随水平段长度增加而增加,当水平段超过800m后,由于阻力作用,水平段长度每增加100m,产气量降低10%;压裂缝条数和半缝长对产气量影响较大,最佳的压裂缝条数为4~5条,最佳半缝长为80~120m;裂缝间距和裂缝渗透率对煤层气产量影响不大。依据数值模拟的最优参数对该区煤层气井S1进行压裂,在相同条件下,煤层气产量比未压裂的S2井提高了10倍以上。     

煤层气双分支U型井合层排采特征研究

为研究煤层气双分支U型井合层排采特征,以保德地区双分支U型井组8#和11#煤地质和储层资料为基础,依据合采对策图版分析8#煤和11#煤适合合采,以8#煤和11#煤单采、合采历史数据和排采曲线为基础,进行了排采阶段划分和排采特征分析,通过拟合分析合层排采的关键参数,结果表明:产气流入动态曲线呈现“三段直线式”特征;产水流入动态曲线呈现短期的“四段折线式”或长期的“单段折线式”特征;日产气量与排水量之间呈现“两段直线式”特征;日产气量/累计产气量与排采时间呈E指数相关。     

川西地区水平井下套管复杂情况分析及改进措施

在钻完井过程中,水平井下套管至水平段遇阻卡情况普遍存在,极端情况甚至出现套管卡死的现象。川西地区地质情况较为复杂,水平井下套管难度大,复杂情况多。本文通过对多口典型井下套管遇阻情况和原因进行分析,得出套管遇阻卡情况主要分为：突然遇阻和阻力渐增导致阻卡两种情况,并针对这两种情况提出了相应的改进措施。     

煤层气井空气造穴工艺的实践与认识

空气造穴完井是煤层气井所特有的一种行之有效的完井方式,目前在国内外一些地区已经得到有效应用,并取得一定效果,尤其是在美国的圣胡安盆地。但是这种技术也有其局限性,对地质和储层条件要求高,所以在采用该工艺时,不可完全照搬。我国的山西寿阳地区的煤层厚度较大,含气量较高,具有较好的渗透率,且完井深度较浅,使该工艺得以成功实施;而沈北地区虽然煤层较厚,但渗透率低,并受到煤层顶板油页岩物性的影响,空气造穴作业后的返出物体中有大量的顶板油页岩,说明该井的顶板坍塌很严重,这对完井后的排采工作带来极大的隐患和风险,因此,需考虑区内的特殊储层地质条件,对该项技术进行深入的研究,从而提出改进方法。     

大直径工程井成井下管方法探讨

根据用途不同,大直径工程井成井后套管直径一般在450～1300 mm范围,井眼和套管尺寸大、套管质量大是该类工程的显著特点之一。简要介绍了大直径工程井常用下管方法、套管连接方式及大直径工程井套管强度设计原则。结合工程实例,阐明了只要科学地进行套管柱强度设计、采用合理的下管方法和套管柱连接方式,选用提升力100 t的钻机也能安全实现重约300 t套管的下管作业。     

元坝区块提高钻井速度技术方案探析

在总结分析前期钻井经验的基础上,从地质因素、钻井复杂情况、岩石可钻性、地层温度、钻井液密度、井身结构等方面分析了目前影响元坝区块深井钻井速度提高的因素。指出井身结构层次有限,不能完全有效封隔不同压力体系的地层以及须家河组地层可钻性差、埋深较深、段长,不能利用空气钻进行钻进是影响机械钻速的2个最重要原因。提出了气体钻井方案、钻头选型方案、进口动力钻具配合高效钻头钻须家河地层方案,以及采用特种井眼尺寸井身结构方案,为元坝区块深井钻井提供技术支持。     

裸眼洞穴井在山西保德煤层气区块的实验和应用

裸眼洞穴完井是煤层气井所特有的完井方式,在一些区块的产气量是套管压裂完井产气量的数倍。裸眼洞穴完井的机理是在作业过程中产生了数条各向延伸的自支撑裂缝,实现井筒与储层有效地连通。根据保德地区的实际完井经验,对裸眼洞穴完井工艺进行实践总结,探索洞穴井在该地区的适用性,为下一步煤层气开发井型选择提供了依据。     

欠平衡钻进技术在煤层气水平井施工中的应用

为防止对煤层储层的伤害与污染,欠平衡钻进技术目前被广泛应用于煤层气水平井施工中。本次施工是在水平井与直井,在煤层中连通以后,通过直井注气,降低水平井与竖直井筒中环空内多相流体静液柱压力,达到欠平衡钻进的目的。总结了煤层气欠平衡钻进施工工艺方面存在的问题及解决方法：一是由于在钻进过程中需要停泵加尺造成循环系统的不稳定性（压力波动）,造成井壁的不稳定易坍塌,现场施工时主要通过直井持续注气但适当调整注气量来解决;二是在空压机排气量无法调节的情况下,注气量主要通过旁通阀开通的大小来调节。为该地区以后的煤层气欠平衡钻进技术积累了宝贵的经验。     

沁水盆地郑庄区块北部煤层气直井低产原因及高效开发技术

为了实现沁水盆地郑庄区块北部深部煤层气高效开发,通过深入分析煤储层地质条件和开发资料,并对比浅部煤层气开发数据,以含气量评价资源为基础,综合储层渗透性、地解压差,煤体结构和地应力状态等评价煤层气采出难易程度,明确郑庄区块北部煤层气井低产原因,并提出高效开发的适应技术。结果表明,郑庄北部煤层含气量整体较高,在20 m³/t以上;郑庄北部绝大部分地区裂隙发育指数均小于140,渗透率极低;绝大部分地区地解压差大于6 MPa,导致煤层气井有效解吸范围小,宏观解吸效率低;绝大部分地区煤层中碎煤比例在0.7以上,导致水力压裂裂缝较短;垂向应力大于水平应力,为大地静力场形地应力,水力压裂易形成垂直裂缝,裂缝延伸较短。极低的渗透率、相对较高的地解压差、高碎煤占比和大地静力场形地应力状态耦合导致郑庄北部煤层气开发效果较差。仿树形水平井采用人工井眼实现煤层密切割,缩短了煤层气、水渗流距离,利于实现协同降压增产,有力克服了高地解压差的不利影响;同时采用人工井眼代替压裂裂缝,解决研究区水力压裂造缝短的难题,取得了产量突破,但存在不利于排水降压和井眼易垮塌的风险,且其成本高、收效低。L形水平井密切割分段压裂技术克服了仿树形水平井不利因素。与直井相比,L形水平井成本增加2倍,但煤层气产量增加近100倍;且L形水平井与仿树形水平井产量相当,但其成本仅是后者的 40%。由此可知,L形水平井可以实现郑庄北部深部煤层气的高效开发。